Типы брагоректификационных колонн

  Главная      Учебники - Виноделие     Технология спирта и ликёроводочных изделий

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

 

 

Типы брагоректификационных колонн. Сравнительная характеристика. Аппаратурно-технологическая схема трехколонной брагоректификационной установки косвенного действия. Классификация брагоректификационных установок. Назначение и конструктивные особенности колонн БРУ. Схемы материальных потоков БРУ. Перспективные аппаратурно-технологические схемы выделения и очистки спирта. Потери на стадии ректификации.

Клас-ция брагоректификационных установок (БРУ).


Аппаратурное оформление процессов выделения и очистки спирта классифицируется по техническому назначению на: сырцовые, БРУ, установки абсолютирования спирта.

Сырцовые БРУ предназначены для получения спирта-сырца из бражки. Сырцовые установки с увеличенным количеством тарелок в концентрационной колонне используют для получения технического спирта (обычно на заводах малой мощности).Установка для ректификации спирта-сырца предназначена для очистки спирта-сырца от сопутствующих примесей, в результате чего получается ректификованный спирт (на ЛВЗ).

В БРУ совмещены технологические операции сырцовой установки и установок для ректификации спирта-сырца. При их использовании получается ректификованный спирт из бражки с меньшими затратами энергоресурсов, меньшими потерями спирта в сравнении с сырцовыми установками и установками для ректификации спирта-сырца.

Установки для абсолютирования (обезвоживания) предназначены для получения абсолютированного спирта методами азеотропной ректификации и с помощью полупроницаемых мембран. В нашей стране используется метод образования тройных нераздельно кипящих смесей. Для этого в спирт концентрацией 96% об. Добавляют циклогексан (tкип. 80,8°С).

Установка для ректификации спирта-сырца непрерывного действия обладает следующими плюсами: обеспечивает более высокий выход спирта (92-98%); полная автоматизация процесса; обеспечивает получение побочных продуктов в концевом виде.

Принципы построения схем ректификационных колонн. Спирт-сырец м.б. представлен 5 основными компонентами: С спирт; Г головная фракция; П промежуточные примеси; К концевые примеси; Х хвостовые примеси.

К и П в локальных условиях м.б.отнесены к головным примесям или хвостовым. Поэтому рассматривать схему можно как 3-хкомпонентную (С-Г-Х):

Наиболее распространен 1 вариант, т.к. выделение Г из спирта низкой концентрации идет легче, а также при меньшем количестве тарелок и меньшем расходе пара.В колонне А спирт-сырец освобождается от Г и назыют эпюрат. В колонне Б происходит разделение на спирт ректификат и Х (или лютерная вода в данном варианте). Наличие П и К усложняет очистку, поэтому чтобы очистить спирт от промежуточных примесей, необходимо обеспечить их предварительное концентрирование.Это возможно в средней части колонны,в которой концентрация спирта изменяется в пределах зоны max накопления примесей. Исходя из этого выделение фракции П возможно в количестве Б 1 варианта или колонне А 2 варианта:


К при средних концентрациях спирта имеют близкие к спирту коэффициенты испарения. Поэтому в колонне А вариантов 1 и2 они сопутствуют спирту в значительной мере. Попадая в колонну Б 1 варианта К поднимаются вверх вместе со спиртом.Движение К вниз по колонне Б возможно, но в малых колличествах, т.к. коэффициент испарения их при низких концентрациях спирта остается <1, но >,чем у спирта. Часть К уходит в колонну В (колонна окончательной очистки) или из колонны А вместе с Г.

При малых концентрациях К в спирте-сырце можно использовать технический прием, называемый пастеризацией спирта.Суть пастеризации: в зоне высокой концентрации спирта К имеют летучесть выше спирта, поэтому содержание их в жидкой фазе всегда меньше, чем в паровой. Т.о., пастеризованный спирт следует отбирать из жидкой фазы (4-10-я тарелка сверху спиртовой колонны), следовательно, пастеризация это отбор спирта из жидкой фазы.

На верхних тарелках в дефлегматоре-конденсаторе происходит некоторое концентрирование К. Из верхней части колонны отбирают непастеризованный спирт, который обогащен К. Очистка спирта при пастеризации тем эффективнее, чем выше коэффициент испарения примесей при данной концентрации пастеризованного спирта и чем больше флегмовое число (т.е. чем больше орошение). При высокой концентрации примесей необходима дополнительная колонна,в которой происходит повторная эпюрация спирта. Отбор непастеризованного спирта состав 1-2%.

Для концентрирования П в схемы вводят дополнительную колонну Д (сивушная), которая по принципу действия подобна колонне Б. Отличие в колонну Д вводят фракцию, обогащенную П и поэтому улучшается работа колонны Б по отдел-ю Х.

Принципы построения схем БРУ. При получении спирта непосредственно из бражки вначале летучую часть бражки освобождают от экстрактивных веществ, твердых веществ и части воды в бражной колонне. БРУ имеют 3 основные колонны (бражная, эпюрационная, спиртовая) и несколько дополнит. БРУ классифицируются на: прямого действия, непрямого действия (косвенного), полупрямого действия (косвенно-прямоточного).

Схема установки прямого действия (самая экономичная)

Бр бражка; ГФ головная фракция; СМ сивушное масло; С спирт ректификат; П пар; Б барда.

А бражная; Б эпюрационная; В спиртовая колонны.

Питание спиртовой колонны осуществляется водноспиртовым паром из бражной колонны. Теплота греющего пара в этом случае используется двукратно. Греющий пар подается только в бражную колонну. Питание эпюрационной колонны осуществляется бражкой и водноспиртовым паром из бражной колонны. Питание бражной колонны осуществляется бражкой, освобожденной от ГФ (т.е. эпюрированной), и флегмой, поступающей из спиртовой колонны. Т.о., в бражной колонне происходит одновременное извлечение спирта из бражки и флегмы и снижается кол-во CD в барде за счет отсутствия лютерной воды.

Схема непрямого действия. Наиболее распространена в нашей стране. Отличие схемы: предварительное извлечение спирта с примесями из бражки; питание эпюрационной колонны осуществляется бражным дистиллятом; все потоки жидкостные; во все колонны подается греющий пар.

Схема полупрямого действия. Питание эпюрационной колонны частично осуществляется эпюрирированным паром из бражной колонны (свойственно БРУ прямого действия) и частично эпюрационным дистиллятом (свойственно БРУ косвенного действия).

Кол-на Г это отгонная часть эпюрационной колонны, которая устанавливается над бражной колонной и чаще всего представляет с ней единое целое.

На спиртовых предприятиях в качестве типовой схемы используется трехколонная БРУ косвенного действия. Ее преимущества: стабильность в работе; мобильность в управлении и регулировании процессом; обеспечение выработки спирта высокого качества; обеспечение выделения примесей в концентрированном виде.

Нагрев каждой колонны осуществляется открытым паром или через кипятильники.


Бражка подается в подогреватель 1, где нагревается до 75-85°С парами бражного дистиллята. Затем в сепараторе 2 освобождается от выделяющегося СО2 (с сопутствующими примесями), после чего бражка вводится в бражную колонну 5. Водноспиртовой пар конденсируется ≈50% в подогревателе бражки 1,оставшиеся 50%-за счет отдачи тепла воде конденсируются в основном конденсаторе 3 и дополнительном конденсаторе 4. Конденсат водноспиртовых паров (бражной дистиллят) напрвляется на питание эпюрационной колонны 6. В ней дистиллят освобожд-ся от головных и частично концевых примесей. Колонна оснащена дефлегматором 7 и конденсатором 8, из которого выводится ГФ. Освобожденный от головных и частично концевых примесей бражной дистиллят (эпюрат) поступает на питание спиртовой колонны 9 (16-я тарелка снизу). Ректификованный спирт отбирается с 4-14-й тарелок сверху, проходит через холодильник 12, спиртоизмеряющий снаряд и поступает в спиртоприемное отделение. Из конденсатора спиртовой колонны 11 непастеризованный спирт напрвляют на верхнюю тарелку эпюрационной колонны. Орошение спиртовой колонны осуществляется флегмой из дефлегматора 10.

Промежуточные примеси отводятся из спиртовой колонны в виже 2 продуктов: сивушной фракции и сивушного спирта. Сивушную фракцию отбирают с 5, 7, 9, 11-й тарелки снизу, направляют в конденсатор 13 и через сборник 14 сивушная фракция поступает в экстрактор (декантатор). Освобожденная от спирта в результате водной экстракции сивушная фракция называется сивушное масло, которое в виде товарного побочного продукта (также как ГФ) направляется в спиртоприемное отделение.

Сивушный спирт отбирается с 17, 20, 21-й тарелок в жидком или парообразном виде. В жидком виде сивушный спирт напрвляется в бражную колонну, в парообразном вначале конденсируется и поступает в верхнюю часть эпюрационной колонны.

Лютерная вода отбирается в специальный сборник и направляется на промывку сивушного масла.

Отбор продуктов ректификации: спирт ректифат 94,5-96,5% об. от условного спирта-сырца; ГФ 1,2-3,5% (max для мелассы); сивушное масло 0,25-0,45%( max для мелассы).

Температурные режимы колонн: бражная верхняя часть 92-96°С, нижняя часть 103-107°С; эпюрационная 78-79°С, 86-90°С; спиртовая 78-79°С, 105°С.

Дополнительные колонны.

1. Разгонная предназначена для извлечения спирта из ГФ, следовательно, для увеличения выхода спирта и для получения ГФ в концентрированном виде. Работает в режиме гидроселекции. Согласно теории Сореля-Барбе коэффициент испарения примесей выше в разбавленных растворах, чем в концентрированных. С целью увеличения коэффициента испарения примесей в верхнюю часть колонны подают горячую воду с t 95°. Питание колонны осуществляется головной фракцией ≈в среднюю часть головной примеси выводят из колонны вверху, конденсируют и в виде гетерогенной смеси, состоящей из альдегидов, эфиров, воды поступает в декантатор (расслаивается). Верхний слой-концентрат ГФ, который также является побочным продуктом ректификации. Нижний слой, состоящий из некоторого количества головных примесей и спирта, направляют на орошение колонны.

2. Колонна окончательной очистки. Назначение выделение из спирта остатков головных и концевых примесей в режиме повторной эпюрации и выделение из спирта остатков верхних промежуточных примесей и частично головных и концевых в режиме повторной ректификации. Режим повтор эпюрации: Г и К выводят из колонны через конденсатор в виде ГФ и направляют на верхнюю тарелку эпюрационной колонны (или если есть в разгонную). Спирт отбирают из нижней части и напрвляют через холодильник в спиртоприемное отделение. Режим повторной ректификации: отбор ГФ осуществляется через конденсатор, отбор спирта с 10-й тарелки; отбор фракции, обогащенной верхними промежуточными примесями, из кубовой части колонны и направляется на тарелку питания спиртовой колонны (т.е. присоединяется к эпюрату).

3. Сивушная. В ней проводится концентрирование компонентов сивушного масла и др. промежуточных примесей. Питание сивушной колонны сивушная фракция и сивушный спирт. В верхней части колонны аккумулируется спирт и Г, в средней компоненты сивушного масла, в нижней лютерная вода.

БРУ под вакуумом.

Обычно вакуумированные эпюрационная и спиртовая колонны. Вакуум 60-70 кПа. Вследствие этого t: кубовой части эпюрационной колонны 60°С, кубовой части спиртовой колонны 88°С.


Определяющие показатели работы колонн

Бражная колонна.

При постоянном поступлении бражки режим действия колонны регулируют изменением подачи в ней пара и воды через конденсатор. При этом стремятся к тому, чтобы была достигнута максимально возможноя концентрация спирта в бражном дистилляте и потери спирта с бардой не превышали нормы, 0.015% об. При таких условиях расход пара –мимиамльный. С увеличением количества пара уменьшается концентрация спирта в барде и бражном дистилляте, повышается температура над верхней тарелкой колонны.

Подачу пара в колонну регулируют по косвенному показателю: давление в кубе колонны, но правельней регулировать по перепаду давлений (дельта Н) в нижней и верхней части колонны (8-15 кПА).

За потерями спирта с бардой следят по температуре в нижней части колонны. С ее понижением появляются сверхнормативные потери. Более показательной является температура .над 3 тарелкой. Для контоля устанавливают малоинерционный термометр с ценой деления не более 1 град. Следует считать, что температура зависит не только от содержания спирта, но и от давления в кубе колонны.

Важные показатели – температура над верхней тарелкой и температура поступающей бражки. Первая в значительной мере определяется степенью загрузки колонны бражкой: при недостаточной загрузке температура повышается, излишне расходуется греющий пар, снижается концентрация спирта в бражном конденсате. Температура над верхней тарелкой в зависимости от концентрации спирта в бражке изменяется от 92-94ºС. При понижении температуры могут произойти сверхнормативные потери спирта с бардой, при повышении  возрастает расход греющего пара.

Эпюрационная колонна.

Основным критерием хорошей работы является: достаточно полное выделение головных и по возможности верхних промежуточних и концевых примесей, высокая степень концентрирования выделенных примесей при минимальных затратах пара и воды.

Полноту выделения примесей определяют по содержанею альдегидов в эпюрате, не более 0.0005% об. в пересчете на безводный спирт. Количество эпюрата контролируют также по содержанию метанола, которое не должно превышать 0.35% об. Залог высоких показателей процесса эпюрации его правильная организация.

Для аналитического расчета кратности извлечения примесей испильзуются уравнения:

При К=(L/G)*(aM/aS)=(((KG/L)^n+1)-1)/((KG/L)-1)

При К= (L/G)*(aM/aS)=n+1

n – число теоретических тарелок в отгонной части эпюрационной колонны, L и G жидкостные и паровые потоки в отгонной части колонны, моль.

Паровой поток определяется удельным расходом пара, моль: G=P/18, где Р удельный расход нормального пара, кг на 1 кг безводного спирта, введенного в колонну. Жидкостной поток для полной колонны складывается из потока питающей жидкости (исходного продукта ) М и потока флегмы (моль). При R=бесконечности, L=M+G. Количкство исходного продукта зависит от концентрации спирта в нем, следовательно объем жидкостного потока будет определяться концентрацией спирта в исходном продукте и удельным расходом пара Р, а кратность извлечения примесей – коэффициентом испарения ее, удельным расходом пара, концентрацией спирта в исходном продукте, и числом теоретических тарелок в отгонной части колонны.

Залогом обеспечения высоких показателей процесса эпюрации является минимальный расход пара, составляющий 1 кг на 1 кг введенного в колонну спирта при выработке спирта 1 сорта и до 1.9 кг/кг  при производстве спирта-экстра.

Работу эпюрационной колонны регулируют изменением подачи пара в колонну и воды к поверхности конденсации. Подачу пара регулируют так, чтобы обеспечить заданное количество эпюрата. При обогреве колонны закрытым паром, его расход можно установить по количеству конденсата, а при обогреве открытым паром исходя из материального баланса (по сопоставлению концентрации спирта в бражном дистсляте и эпюрате). Практически концентрация спирта в эпюрате должна быть на 5-10% ниже концентрации его в дистилляте.

Косвенным показателем расхода пара может быть перепад давления на высоте колонны, зависящей от числа тарелок и их состояния, нагрузки на колонну, и расход пара практически равен 10-25 кПа.

Давление в верхней части колонны определяется конструкцией, размером и состаянием поверхности теплоотдачи дефлегматора и конденсатора, а так же температурного режима в последнем он должен быть горячим только в верхней части.

Объем отбора головной фракции устанавливается практическим путем в зависимости от аналитических и органолептических показателей ректификованного спирта и состава указанной фракции. Головная фракция должна быть прозрачной, безцветной, слегка зеленоватой или желтоватой, с видимой концентрацией не меньше 92% об.

Спиртовая колонна.

Главные показатели спиртовой колонны  заданная концентрация и чистота ректификованного спирта, отсутствие потерь спирта с лютерной водой (не более 0.015% об.) и с неконденсирующимися газами при минимальном расходе пара и воды. При подаче постоянного количества эпюрата с установленной концентрацией спирта регулируют подачу пара в колоннах и воды в дефлегматор, отбор пастеризованного и непастеризованного спирта, сивушной фракции.

Фактором, определяющим концентрацию пастеризованного спирта, является флегмовое число (R), которое регулируют изменением подаци воды в дефлегматоре.

Если концентрация спирта ниже заданной, то увеличивают подачу пара (и воды соответственно), если выше уменьшают, при условии отсутствия сверхнормативных потерь спирта с лютерной водой.

Косвенный показатель расхода пара перепад давлений по высоте колонн, он может составлять 25-30 кПа и зависит от загрузки колонны, флегмового числа и состояния тарелок.

Содержание спирта в лютерной воде контролируют пробным холодильником. Косвенный показатель, харктеризующий отсутствие потерь с лютерной водой,  температура в кубе колонны (лучше на 3 тарелки снизу). Она должна соответствовать давлению и клеблется в пределах 104-106ºС.

Важную роль играет место отбора пастеризованного спирта и количества отбираемого непастиризиванного спирта. При отборе большого количества непастеризованного спирта уменьшается производительность ректификационной колонны, а при уменьшении, повышается содержание головных примесей в непастеризованном спирте, что вызывает необходимость смещения места отбора пастеризованного спирта вниз по колонне.

Колонна окончательной очистки.

Для этой колонны главный критерий достаточно полное выделение головных и концеых примесей при минимальных затратах пара и воды.

Считается, что в случае подачи 3 кг пара на 1 дал спирта и отборе 0.5-1.5 5 головной фракции из верхней части колонны (конденсатора) обеспечивается сравнительно полное освобождение спирта от головных и концевых примесей при выработке его из мелассы и в случае подаче 6 кг пара при изготовлении из зерно-картофельного сырья.

Регулируемые параметры при работе колонны: подача пара в колонну и воды в дефлегматор; отбор головной фракции. Подачу пара регулируют по перепаду давления по высоте колонны (6-12 кПа). Подача воды должна быть такой, чтобы погон из фонаря конденсатора соответствовала объему отбора головной фракции.

Концентрация спирта в головной фракции может достигать 97-97.2% об., на входе в колонну и на выходе практически она остается одинаковой. При таких условиях коэффициент испарения примесей по высоте вскй колонны будут постоянными. В колонне хорошо извлекаются примеси, для которых коэффициент испарения К>L/G, причем с увеличением KG/L и числа тарелок в отгонной чисти колонны условия извлечения этих примесей улучшаются. На ход извлечения той или иной примиси можно влиять только изменением расхода пара.

Сивушная колонна

Работу колонны регулируют так, чтобы обеспечилась высокая концентрация сивушной фракции, выводимой из нее и отсутствовали потери спирта и сивушного масла с лютерной водой. Для нормальной работы колонны необходима стабильная ее загрузка, которую определяют по температуре (около 95ºС). Температура в кубе колонны (лучше на третей тарелке) практически поддерживается 103-104ºС, перепад давления по высоте колонны составляет 15-20 кПа. Его определяют исходя из расхода пара (около 3 кг/дал спирта), введенного в брагоректификационную установку. Загрузку колонны регулируют отбором дистиллята из конденсатора сивушной колонны. Дитиллят обычно сбрасывается в эпюрационную колонну, однако целнсообразней туда сбрасывать пастеризованный спирт, отбираемый с 4-5-й тарелки, считая сверху сивушной колонны, и только около 1% дистиллята отводить из конденсатора со сбросом его в разгонную колонну (или в головную фракцию) или с выводом в виде товарного сивушного спирта. При такой организации отвода спирта из сивушной колонны значительно улучшается качество ректификованного спирта.

Сивушная колонна работает со сравнительно небольшим флегмовым числом (30-50); а следовательно L/G для концентрационной части колонны будет 0.97-0.98, а для отгонной 1.15-1.2. При таких условия вверх по колонне в значительных количествах могут пройти только примеси, имеющие К>=0.98-0.97 (изомасляноэтиловый эфир и пропанол.). Всеголовные примеси (К приблизительно равен 1) будут концентрироваться в верхней части сивушной колонны.

Разгонная колонна.

Для нее определяющие показатели  освобождение спирто-водной смеси (кубовой жидкости) от всех примесей, кроме концевых и высокая степень их концентрирования. При работе колонны нужно строго следить за соотношенинм подачи питания, воды на гидроселекцию и греющего пара. Все примеси, кроме этанола при низких концентрациях спирта (до 35% об.) имеют К>1, следовательно, они будут концентрироваться в концентрационной части колонны, в то время как концентрация спирта будет уменьщаться.

В отгонной части колонны при расходе пара 200% к массе введенной в колонну головной фракции обычно L/G=8-10. Концентрация спирта на тарелках отгонной части колонны устанавливается в пределах 10-12% об., а концентрация кубовой жидкости  7-9%. В этом случае хорошо извлекаются примеси с К>1. Поступление питания и воды на гидроселекцию контролируется с помощью ротаметра. Температура в кубе колонны 95-96ºС, давление 15 кПа, что соответствует температуре кипения водно-спиртавой жидкости при концентрации 7-9% об. Вода на гидроселекции с температурой не ниже 90ºС, температура на верхней таралке 85-90ºС. Подачу пара в колонну регулируют по перепаду давления в ней, однако в даннам случае ввод пара контролируется и по потоку флегмы, проходящего через соответствующий ротаметр. Отбор концентрата головной фракции проводят по ротаметру, установленному на выходе из декантора.

 

 

 

 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..